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机床夹具原理与设计2


第4章 机床夹具原理与设计
4.1 机床夹具概述 4.2 工件在夹具中的定位 4.3 定位误差分析 4.4 工件在夹具中的夹紧 4.5 常用夹具 4.6 机床夹具的设计方法
2014-11-6 1

第三节 定位误差分析及计算 ? 一. 定位误差的概念

? 二.定位误差产生的原因
? 三.定位误差的计算

2014-11-6

2

一.定位误差概念
成批加工工件时,夹具相对机床的位置及切削运 动的行程调定后不再变动,可认为工件加工面的位置 是固定的。但因一批工件中每个工件在尺寸形状及表 面相互位置上均存在差异,所以定位后各表面有不同 的位置变动。

由于工件在夹具上定位不准确而引起的加工 误差称为定位误差。

定位误差:指一批工件在夹具中定位时,工件的设 计基准在加工尺寸方向上的最大变动量,以△dw 表示。

一.定位误差概念
?在轴上铣键槽,要求保证槽 底至轴心的距离 H 。若采用 V 型块定位,键槽铣刀按规定 尺寸H调整好位置(如图)。 ?实际加工时,由于工件直径 存在公差,会使轴心位置发 生变化。不考虑加工过程误 差,仅由于轴心位置变化而 使工序尺寸 H 也发生变化。此 变化量(即加工误差)是由 于工件的定位而引起的,故 称为定位误差。

ΔDW

O1
O O2

A

4

定位误差

H

二.定位误差产生的原因
定位误差:基准不重合误差和定位基准位移误差。

1. 由于工件的定位基准与设计基准不重合而引起的 定位误差,称为基准不重合误差,用△jb 表示。 2.由于工件定位表面或夹具定位元件制作不准确引 起的定位误差,称为定位基准位移误差,用△jw表 示。

二.定位误差产生的原因
1.定位基准与设计基准不重合产生的定位误差

工件

工序一

△jb=0
图4.42 定位基准与设计基准不重合误差

二.定位误差产生的原因
1.定位基准与设计基准不重合产生的定位误差

工序二

工序二改进

△jb=2 △H

△jb=0

注意:
1. 基准不重合误差只发生在用调整法获得加 工尺寸的情况。 2. 当定位基准与设计基准不重合时,有基准 不重合误差,其值是设计基准与定位基准间联系尺 寸在加工尺寸方向上的变动量(公差) 。

二.定位误差产生的原因
例1:基准不重合实例:一次安装加工两孔A和B。

孔A在X方向定位基准C与设计基准C重合,△dw=0 ;

孔B在X方向定位基准C与设计基准A不重合,基准不重合 误差为联系尺寸22的公差0.2,即△jb=0.2。

二.定位误差产生的原因
?1. 定位基准位移误差△jw 位移误差产生原因: 1)零件定位基准不准确,如用长销或短销定位, 因为零件上的孔径总是有偏差的,因此每个零件的 定位情况就有所不同; 2)夹具定位元件制造不准确,如车床上三爪卡盘 的偏心等。

二.定位误差产生的原因
?2. 基准位移误差△jw

理论位置

工程位置

图4.43 基准位移误差

理论位置

工程位置

理论位置:定位基准与设计基准重合,定位误差 为0。 工程位置:定位心轴和工件内孔都不可避免存在制造误 差,而且配合面之间采用了间隙配合,故安装后孔和轴 的中心必然不重合,使得两个基准发生位置变动。

图示状态,工件孔与心轴在上母线A单边接触。则设计基准 O与O1间的

最大距离: 最小距离:

位移误差:



三.常见定位方式定位误差计算
1.以平面定位时的定位误差计算
平面度误差很小,定位副制造不准确误差 可忽略,所以定位误差主要由基准不重合引起。
例2:用三个支承钉定位,加工一个台阶面,要求的尺寸 如图所示,计算定位误差。

?dw ? 0

?dw ? ?

三.常见定位方式定位误差计算 2.以圆孔定位时的定位误差计算
① 工件孔与定位心轴过盈配合,不存在定位副制造

? jw ? 0 不准确误差,定位精度较高, ? jb ? 0 ,
② 工件单向心轴靠紧定位,固定边接触。

A

孔 Dmax=D+TD Dmin=D
轴 dmax=d dmin=d- Td

O1Omax= OA-O1A=(D+TD)/2-(d- Td) /2 O1Omin= D/2-d/2

因基准位移造成的加工误差为:

△jw= O1Omax- O1Omin=(TD + Td) /2

③ 工件孔与垂直放置的心轴间隙配合

△jw =TD + Td + Xmin

3.工件以外圆定位时的定位误差计算
工件在V形块上定位

3.工件以外圆定位时的定位误差计算
工件在V形块上定位

3.工件以外圆定位时的定位误差计算
工件在V形块上定位

3.工件以外圆定位时的定位误差计算
工件在V形块上定位

3.工件以外圆定位时的定位误差计算
工件在V形块上定位

④ 定位误差分析:
a) 定位误差Δdw 随毛坯误差Td 的增大而增大; b) 定位误差Δdw 随V形块夹角α 增大而减小,但稳定性变差; c) 定位误差Δdw 与工序尺寸标注方式有关,Δdw2 >Δdw1 > Δdw3

保证加工精度实现的条件
若规定工件的加工允差为δ工件,以Δ夹具表示与采用 夹具有关的误差,以Δ加工表示除夹具外与工艺系统其它 因素(如机床误差、刀具误差、受力受热变形等)有关

的加工误差,为保证工件的加工精度要求,必须满足误
差计算不等式 :

δ工件≥Δ夹具+Δ加工
制订夹具公差时,应保证夹具的定位、制造和调整误差 的总和不超过零件公差的三分之一。

第四节 工件在夹具中的夹紧 ? 一、夹紧装置 ? 二、夹紧力的确定 ? 三、典型夹紧机构 ? 四、夹紧动力源装置

一、夹紧装置
?1.夹紧装置的组成

?(1)夹紧元件 ?(2)中间传力机构:改变力的大小、方向,自锁 ?(3)动力源装置

2. 夹紧装置应满足的基本要求
(1)夹紧装置应保证工件的定位,而不应因夹紧破 坏工件定位的可靠性; (2)夹紧时要有足够的夹紧力,但夹紧力不能使工 件产生过大的夹紧变形; (3)有足够的夹紧行程,夹紧动作迅速,操纵方便, 使用安全; (4)机动夹紧装置要考虑夹紧的自锁性和原动力的 稳定性,手动夹紧机构要有可靠的自锁性; (5)结构简单紧凑,制造、维修方便。 上述要求中的核心问题是如何正确地施加夹紧力。 即先要合理确定夹紧力的方向、着力点和大小,然后 再选用或设计合适的夹紧机构。

二、夹紧力的确定
正确确定夹紧力,主要是正确确定夹紧力 的方向、作用点和大小。 1.确定夹紧力的方向
(1)应接触良好。 (2)减小工件变形。 (3)减小夹紧力。

28

原则1:夹紧力的方向应垂直于主要定位基准面。

原则2:夹紧力的作用方向应尽可能与切削力、工件 重力方向一致,使所需夹紧力最小。

原则3:夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大的 方向相一致,以减小工件变形。

变形大

变形小

(a)

(b)

薄壁套筒的夹紧

2.确定夹紧力的作用点

原则1:夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承 元件形成的支承面内。

2.确定夹紧力的作用点

原则2:夹紧力作用点应落在工件刚度较好部位, 使被夹紧工件的夹紧变形尽可能小。

2.确定夹紧力的作用点

原则3:夹紧力作用点应尽可能靠近切削部位,以 提高夹紧的可靠性,若切削部位刚性不足,可采用 辅助支承。

讨论:夹紧力的作用点

讨论:夹紧力的作用点

讨论:夹紧力的作用点

3.确定夹紧力的大小
夹紧力的大小必须适当,夹紧力过小,工件在夹具中的位
置可能在加工过程中产生变动,破坏原有的定位。夹紧力过大, 不但会使工件和夹具产生过大的变形,对加工质量不利。

计算夹紧力,通常将夹具和工件看成一个刚性系统以简化
计算。然后根据工件受切削力、重力、摩擦力、夹紧力等后处 于静力平衡条件,计算出理论夹紧力F,再乘以安全系数K,作

为实际所需的夹紧力F0,即

F0=KF
一般精加工K =1.5~2,粗加工K = 4.5~3。

?三、典型夹紧机构
?1.斜楔夹紧机构 ?2.螺旋夹紧机构 ?3.偏心夹紧机构 ?4.定心、对中夹紧机构 ?5.联动夹紧机构

1.斜楔夹紧机构

斜楔夹紧机构原理

斜楔夹紧机构的原理图

41

斜楔夹紧的特点 (1)斜楔的自锁性; (2)斜楔能改变夹紧作用力的方向; (3)斜楔具有增力作用; (4)斜楔的夹紧行程小; (5)斜楔夹紧的效率低。 适用范围 由于手动的斜楔夹紧机构在夹紧工件时既费时又费 力,效率很低,故实际上多在机动夹紧装置中采用。
42

2.螺旋夹紧机构

螺旋夹紧机构:结构简单、自 锁性好、夹紧可靠;扩力比远比斜 楔夹紧力大;夹紧行程不受限制; 制造容易等特点,所以在手动夹紧 装置中被广泛使用。 缺点:夹紧动作慢、效率低。

2.螺旋夹紧机构

2.螺旋夹紧机构——螺旋压板夹紧装置

2.螺旋夹紧机构——螺旋快速夹紧装置

2.螺旋夹紧机构——螺纹斜楔夹紧

3.偏心夹紧机构

适应范围:
(1) 适用于切削负荷不大且无很大振动的场合; (2) 用于夹紧行程较小的情况; (3) 很少直接用于夹紧工件,大多是与其它夹紧元件联合使用。

偏心夹紧实质是一种斜楔夹紧,但各点升角 不等, M、N处升角为为0, P处升角最大。

3.偏心夹紧机构

4.定心、对中夹紧机构
一种特殊的夹紧机构,工件在其上同时实现定位和夹紧。在夹 紧机构上,与工件相接触的元件即是定位元件又是夹紧元件。

等速趋近某一 中心线或对称平 面,或利用该元 件的均匀弹性变 形,完成对工件 的定位夹紧。

定位精度不高,但夹紧力大,装夹范围大。它适用于定心精 51 度要求不高的工件安装。

4.定心、对中夹紧机构

4.定心、对中夹紧机构

适用于:几何形状对称并以对称轴线、对称中心或 对称平面为工序基准的工件的定位夹紧。

5.联动夹紧机构—— (1)多点夹紧

5.联动夹紧机构——(2)多件夹紧

5.联动夹紧机构——(2)多件夹紧

5.联动夹紧机构——(2)多件夹紧

?四、夹紧动力源装置
?(1)气动夹紧装置 ?(2)液压夹紧装置 ?(3)气液组合夹紧装置 ?(4)电动夹紧 ?(5)电磁夹紧 ?(6)自夹紧装置 ?(7)真空夹紧

? 四、夹紧动力源装
? 1.气动夹紧装置 ? 以压缩空气为动力的夹紧形式,压缩空气一般 由工厂空压机房集中供应,使用操作方便,夹紧动 作快,效率高,因此使用广泛。 ? 2.液压夹紧装置 ? 以高压油为动力的夹紧形式,操作简单省力, 辅助时间少,工作平稳,夹紧可靠,噪音小,劳动 条件好。适合强力切削和加工大型工件时的多处夹 紧,在组合机床和自动线上使用比较广泛。

? 四、夹紧动力源装
? 3.气液组合夹紧装置 ? 气液组合夹紧的能量来源是压缩空气。它是利 用压缩空气推动增压器活塞动作,并通过油缸推动 活塞杆,从而夹紧工件。 ? 4.电动夹紧 ? 由电动机、减速装置和螺旋副等传动装置组成。 同液压、气动夹紧比较,省去了复杂的管路系统, 噪声小,基本无环境污染,而且电力传输方便,因 此在夹具中应用也较为广泛。

? 四、夹紧动力源装
? 5.电磁夹紧 ? 电磁夹紧力不大,只适宜一些切削力较小的切 削加工。 ? 6.自夹紧装置 ? 直接利用机床的运动或切削力来进行夹紧,这 种不需要另设夹紧动力源 ? 7.真空夹紧 ? 利用封闭腔内真空的吸力来夹紧工件,实质上 是利用大气压力来夹紧工件,该机构特别适合于夹 紧薄壁易变形的零件。

第五节 常用夹具
? 一、车床夹具 ? 二、铣床夹具 ? 三、镗床夹具 ? 四、钻床夹具 ? 五、组合夹具

一、车床夹具

车床夹具

车床夹具在机床主轴上的安装有两种方式: (1)对于径向尺寸D小于140 mm:一般通过锥柄安装在 车床主轴锥孔中,并用螺栓拉紧。定心精度较高。 (2)对于径向尺寸较大的夹具,一般通过过渡盘与车床 主轴连接。

二、铣床夹具

1.多件装夹的铣床夹具

2.双工位回转铣削的铣床夹具

三、镗床夹具

? 固定式镗套

? A型镗套:靠镗杆上开的油槽润滑; ? B型镗套:设有油杯和油槽,使镗杆和镗套之间能 充分地润滑,从而减少镗套的磨损。 ? 固定式镗套外形尺寸小,结构简单,导向精度高, 但镗套容易磨损,一般用于低速镗孔。

? 回转式镗套

1、6-导向支架;2、5-镗套;3-导向滑套;4-镗杆

回转式镗套:用于卧式镗孔,由于镗套与支架之间 安装了滚动轴承,所以回转线速度提高了,但径向 尺寸较大,回转精度主要受轴承精度影响。

四、钻床夹具

四、钻夹具——钻套
1.标准钻套

2.特殊钻套

四、钻夹具——钻模板
1.固定式钻模板

四、钻夹具——钻模板
2.铰链式钻模板

四、钻夹具——钻模板
3.可卸式钻模板

五、组合夹具——槽系组合夹具

五、组合夹具——槽系组合夹具

五、组合夹具——孔系组合夹具

五、组合夹具的组成—— (1)基础件

五、组合夹具的组成—— (1)基础件

T形槽、螺钉孔,通过定位键、螺栓来安装其他元件

五、组合夹具的组成—— (2)支承件

五、组合夹具的组成—— (3)定位件

五、组合夹具的组成—— (4)导向件

五、组合夹具的组成—— (5)夹紧件

五、组合夹具的组成—— (6)紧固件

五、组合夹具的组成—— (7)辅助件

(8)合件

组合钻床夹具

组合夹具实例1

组合夹具实例2

组合夹具实例3

2.组合夹具的特点 ? (1)可缩短设计和制造专用夹具的周期和 工作量,缩短生产准备周期,提高了效率。 (2)元件选材好,精度高,耐磨性好。 ? (3)刚度和接触刚度较差

第六节 机床夹具的设计方法
? 1. 研究原始资料,明确设计任务 ? 2. 确定夹具的结构方案,绘制夹具草图 ? 3.绘制夹具总图 ? 4. 确定并注有关尺寸、配合及夹具技术要求 ? 5.绘制零件图 ? 6.检查

1.研究原始资料,明确设计任务
(1)分析零件图及工序图,了解工件的结构、材料、生产 批量及本工序要求; (2)了解加工所用的设备、辅助工具与夹具设计有关的 技术性能和规格; (3)了解同类工件的加工方法与所使用的夹具情况,作 为设计参考; (4)了解夹具典型结构图册及有关标准。

95

2 .确定夹具的结构方案,绘制夹具草图
(1) 确定工件的定位方式和定位元件,设计定位装置,进 行定位误差计算; (2) 选择刀具的引导方法,选择或设计引导元件及对刀装 置; (3) 确定工件的夹紧方式,设计夹紧装置; (4) 确定其它元件或装置的结构形式,如分度装置等; (5) 协调各元件、装置的布局,确定夹具体的总体结构及 夹具在机床上的安装方式。

96

3 .绘制夹具总图
(1)主视图取操作者面对机床所看到的夹具位置; (2)用双点划线将工件的外形轮廓画在各视图相应的位 置上; (3)待加工面上的加工余量可用网纹线表示。 (4)夹具总图中,工件要看作透明体,不遮挡夹具任何 线条。

97

4 .确定并标注有关尺寸、配合及技术条件
(1) 应标注的尺寸及配合
①夹具的外廓尺寸。 ②夹具内部的配合尺寸; ③ 夹具与机床的联系尺寸; ④工件与定位元件的联系尺寸; ⑤夹具与刀具的联系尺寸;

(2) 应标注的技术条件
① 定位元件之间或定位元件与夹具体底面间的位置要求; ② 定位元件与连接元件间的位置要求; ③ 对刀元件与连接元件间的位置要求; ④ 定位元件与导引元件的位置要求。
98

5.绘制零件图
绘制夹具零件图,夹具中的非标准零件都要绘制零件 图,并按总图要求确定零件的尺寸、公差和技术条件。

6.检查
①干涉检查:夹具不能和刀具、机床运动部件有干涉; ②运动检查:夹具中运动零件的位置不应受阻; ③定位调整,为保证不同批次毛坯件的尺寸差异;

99

夹具设计举例 例:一拨叉零件如下图所示,试设计一个钻、铰Φ8 孔的夹具。
400-0.1
6.3

其余
0.08
14±0.1

Φ8 3.2

A

Φ14

A

Φ36

1.6
Φ24H7

8 6.3

R5

120-0.08

8±0.15

R35 6.3

R25

拨叉的结构图
100

84±0.08

夹具设计举例 (1) 确定工件的定位方案,选择定位方式及定位元件。
垂直度
长柱销限制X、 X、Z、Z四个 自由度
Φ8 0.08 14±0.1 A

Z

3.2

O

Y

中心线 位置
A

X

基准重合原 则选基准孔

基准重合原 则选基准面

小端面限制Y 自由度

需进行定位 误差计算
101

需保证的工序尺寸

靠销限制Y 自由度

夹具设计举例 (2) 确定导向装置。 采用快换钻套,用固定钻模板支撑钻套。

(3) 确定夹紧机构。
采用螺母和开口垫片进行夹紧。

(4) 确定其它装置和夹具体。
(5) 绘制总装图。

(6) 标注有关尺寸、配合及技术条件。

102

夹具设计举例
工件的安装与加工过程

103

夹具设计举例
加工后工件的拆卸过程

104

本章结束! 谢谢大家!


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